WO2008151762A2 - Tauchankeraufnehmer aus metallen unterschiedlicher magnetischer permeabilität - Google Patents

Tauchankeraufnehmer aus metallen unterschiedlicher magnetischer permeabilität Download PDF

Info

Publication number
WO2008151762A2
WO2008151762A2 PCT/EP2008/004526 EP2008004526W WO2008151762A2 WO 2008151762 A2 WO2008151762 A2 WO 2008151762A2 EP 2008004526 W EP2008004526 W EP 2008004526W WO 2008151762 A2 WO2008151762 A2 WO 2008151762A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coil
plunger
plunger armature
tauchankeraufnehmer
ferrous metal
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/004526
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2008151762A3 (de
Inventor
Thomas Feucht
Original Assignee
Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
Priority to US12/451,601 priority Critical patent/US20100102909A1/en
Publication of WO2008151762A2 publication Critical patent/WO2008151762A2/de
Publication of WO2008151762A3 publication Critical patent/WO2008151762A3/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/2006—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils
    • G01D5/2013—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F21/00—Variable inductances or transformers of the signal type
    • H01F21/02—Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers
    • H01F21/06—Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers by movement of core or part of core relative to the windings as a whole

Definitions

  • Plunger armature made of metals of different magnetic permeability
  • the invention relates to a Tauchankeraufsacrificing comprising at least one electrical coil provided with windings and at least one cooperating with this plunger armature, which causes a different inductance of the coil depending on its immersion depth in a coil opening of the coil, according to the preamble of claim 1.
  • plunger armature receivers are used, for example, in electronic pedal modules of motor vehicles and serve to measure the pedal movement of a pedal, in particular a brake or accelerator pedal.
  • a pedal in particular a brake or accelerator pedal.
  • the linear behavior of the plunger armature receiver is then achieved by the substantially linear dependence of the degree of overlap which results between the plunger armature and the coil.
  • the plunger anchor is usually made of aluminum. This provides weight advantages over a ferromagnetic material plunger, which is why the dynamic response to external vibrational excitation is better. In addition, aluminum is easily machinable and corrosion resistant.
  • the present invention It is therefore the object of the invention to provide a plunger armature sensor which has all these properties.
  • the plunger armature in a radially outer portion consists at least partially of an electrically conductive non-ferrous metal and in a radially inner portion at least partially of a ferromagnetic material.
  • a ring consisting at least partly of an electrically conductive non-ferrous metal is arranged directly or indirectly on a radially inner peripheral surface of the coil, and the plunger is at least partially made of a ferromagnetic material.
  • the outer portion of the plunger armature made of the electroconductive nonferrous metal or the outer ring associated with the coil shields the radially inner portion of the plunger armature or the plunger armature from the magnetic field lines of the magnetic field of the coil.
  • the outer section of the plunger armature or the ring consisting of the electrically conductive non-ferrous metal is introduced into an alternating magnetic field, eddy currents are produced in the section or ring which generate a magnetic field directed against the magnetic field generated by the coil and thereby weaken the magnetic field of the coil ,
  • the radially inner portion of the plunger armature or the plunger armature is at least partially made of a ferromagnetic material, the counter-magnetic field generated by the eddy currents in the outer portion of the plunger armature or in the ring is amplified.
  • the magnetic field of the coil is weakened more than in the prior art, which uses a plunger anchor made exclusively of aluminum (non-ferrous metal).
  • This Effect means that the plunger armature according to the invention advantageously reacts more sensitively to relative movements between the plunger armature and the coil. This higher sensitivity allows a shorter size of the plunger armature receiver, because even small relative movements between the coil and the plunger armature provide a high signal resolution.
  • the plunger armature consists of a heavier ferromagnetic material, the other still consists of a lighter non-ferrous metal such as aluminum, the plunger armature according to the invention continues to build relatively easily.
  • the non-ferrous metal is paramagnetic or diamagnetic, with high electrical conductivity, in order to generate the highest possible eddy currents and thus the largest possible magnetic opposing field, which counteracts the magnetic field of the coil.
  • the non-ferrous metal is formed by aluminum or by an aluminum alloy.
  • the radially inner, at least partially made of a ferromagnetic material portion of the plunger forms an integral core of the plunger anchor.
  • This core may be at least partially embedded in the radially outer portion of the plunger armature, which consists of the electrically conductive non-ferrous metal.
  • the core preferably extends only over a part of the length of the plunger anchor. This can be realized, for example, in that the radially outer portion of the plunger armature has a central blind hole in which the core is inserted. In this case, the core can be flush with an end face of the plunger anchor.
  • the ring consisting of the electrically conductive non-ferrous metal forms at least part of the coil body of the coil, for example by the ring being at least partially embedded in the coil body.
  • the bobbin is an injection molded plastic, in which the ring is poured.
  • the existing of the electrically conductive non-ferrous metal ring can not be integrated into the bobbin of the coil or connected directly to the bobbin, but only be arranged on the radially inner peripheral surface.
  • the plunger anchor is made entirely of the ferromagnetic material.
  • An improved magnetic shield of the solenoid plunger from the magnetic field of the coil results when the ring projects beyond the coil winding laterally by a piece.
  • the seen in the radial direction of the plunger armature and the ring between the ordered annular gap preferably includes air.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a plunger armature according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a plunger armature according to a further embodiment of the invention. Description of the embodiments
  • An application of a plunger armature 1 according to the invention is, for example, to measure the pedal travel of, for example, an electronic brake or accelerator pedal in an electronic pedal module of a vehicle.
  • a coil 2 of the plunger armature 1 is connected to the bearing block and a plunger armature 4 of the plunger armature 1 with the brake or accelerator pedal.
  • the measured by Tauchankeraufillon 1 way of the plunger armature 4 then represents a measure of the operation of the brake or accelerator pedal.
  • the plunger armature 1 is used to convert a mechanical linear movement into an electrical signal, which is proportional to the linear movement, in the context of a non-contact inductive measuring method.
  • the Tauchankeraufsacrificing 1 includes at least one provided with electrically conductive turns, preferably hollow cylindrical coil 2 and immersed in a coil opening 6 of the coil 2, with the brake or accelerator linearly moving plunger armature 4. Depending on its immersion or coverage in relation to the magnetic field of the coil 2, a different inductance L of the coil 2 is then caused.
  • a current I in a cylindrical coil 2 generates a magnetic field with a field strength H:
  • a change in the power flux density B induces a voltage in the coil 2
  • the coil 2 and the plunger armature 4 are arranged coaxially with respect to a common coil axis 8.
  • the cylindrical coil 2 for example, preferably has its own bobbin 10, on which a coil winding 12 is wound from electrically conductive wire, such as copper wire and electrical connections.
  • the plunger armature 4 is also cylindrical and in particular designed such that the inductance L of the coil 2 has a linear dependence on the immersion depth of the plunger armature 4 in the cylindrical coil opening 6.
  • the non-ferrous metals include, for example, aluminum, copper, gold, silver, etc. They are generally characterized by a high electrical conductivity.
  • the electrical conductivity of the non-ferrous metal of the outer portion 14 of the plunger armature 4 is greater than that of the ferromagnetic material of the radially inner portion 16 of the plunger armature 4.
  • a ferromagnetic material is generally understood to mean a magnetically conductive or soft-magnetic material which has a permeability number ⁇ »1 and a magnetic susceptibility ⁇ > 0.
  • the ferromagnetic materials include, for example, iron, cobalt or nickel. They significantly strengthen the pervasive magnetic field by reducing the magnetic resistance.
  • the non-ferrous metal in the radially outer portion 14 of the plunger armature 4 paramagnetic or diamagnetic, at the same time high electrical conductivity to generate the highest possible eddy currents and thus the largest possible magnetic opposing field, which counteracts the magnetic field of the coil 2.
  • a paramagnetic material is understood as meaning a material which has a permeability number ⁇ > 1 and a magnetic susceptibility ⁇ > 0.
  • a paramagnetic material includes, for example, platinum or aluminum.
  • a diamagnetic material is meant a material having a permeability ⁇ ⁇ 1 and a magnetic susceptibility ⁇ ⁇ 0.
  • a diamagnetic material includes, for example, copper or silver.
  • the non-ferrous metal is formed by aluminum or by an aluminum alloy or contains these materials.
  • the radially inner, for example, completely made of the ferromagnetic material portion 16 of the plunger armature 4 forms a one-piece core of the plunger anchor 4 off.
  • This core 16 is at least partially embedded in the radially outer portion 14 of the plunger armature 4, which preferably consists entirely of the electrically conductive non-ferrous metal.
  • the core 16 preferably extends over only a part of the length of the plunger armature 4. This can be realized, for example, by the radially outer portion 14 of the plunger armature 4 having a central blind hole into which the core 16 is inserted or embedded.
  • the end face 18 of the core 16 is, for example, free and ends flush with an end face of the plunger armature 4.
  • the core 16, as well as the radially outer portion 14 of the plunger armature 4 have a greater length than the coil. 2
  • a ring 20, preferably consisting entirely of a non-ferrous metal with high electrical conductivity, forms at least part of the bobbin 10 of the coil 2 can for example be realized in that the bobbin 10 is an injection molding of plastic, in which the ring 20 is poured.
  • the existing of the electrically conductive non-ferrous metal ring 20 is neither integrated into the bobbin 10 of the coil 2 nor connected directly to the bobbin 10, but only arranged on the radially inner peripheral surface.
  • the plunger armature 4 consists entirely of a ferromagnetic material.
  • An improved magnetic shielding of the plunger armature 4 from the magnetic field of the coil 2 results when the ring 20 projects laterally beyond the coil winding 12 by a distance.
  • the annular gap 22 between the plunger armature 4 and the ring 20, viewed in the radial direction, preferably contains air.
  • the plunger armature 4 has a greater length than the ring 20 or the coil 2.
  • the excitation of the coil 2 can be done for example by a microprocessor which feeds rectangular, sinusoidal or arbitrary pulses of an AC voltage source in the coil 2. From the duration of the decay of the pulse to a lower limit then the self-inductance L of the coil 2 can be determined. In this case, the linear movement of the plunger armature 4 relative to the coil 2 is determined by means of a time measurement.
  • the outer section 14 of the plunger armature 4 consisting of the electrically conductive non-ferrous metal is introduced into the alternating magnetic field of the coil 2 or if a ring 20 of the electrically conductive non-ferrous metal in the alternating magnetic field of the coil already exists according to FIG 2, are formed in the non-ferrous metal 14, 20 eddy currents, which generate a magnetic field generated by the coil 2 opposite direction and weaken the magnetic field of the coil 2 thereby.
  • the entire plunger armature 4 is made of a ferromagnetic material, the counter-magnetic field generated by the eddy currents in the outer section 14 of the plunger armature 4 or in the ring 20 is amplified.
  • the magnetic field of the coil 2 is greatly weakened.
  • the plunger armature sensor 1 is more sensitive to relative movements between the plunger armature 4 and the coil 2 and thus has a high resolution.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnets (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tauchankeraufnehmer (1 ) beinhaltend wenigstens eine elektrische, mit Windungen versehene Spule (2) sowie wenigstens einen mit dieser zusammenwirkenden Tauchanker (4), welcher abhängig von seiner Eintauchtiefe in eine Spulenöffnung (6) der Spule (2) eine unterschiedliche Induktivität (L) der Spule (2) hervorruft. Die Erfindung sieht vor, dass der Tauchanker (4) in einem radial äußeren Abschnitt (14) wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall und in einem radial inneren Abschnitt (16) wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Material besteht.

Description

Tauchankeraufnehmer aus Metallen unterschiedlicher magnetischer Permeabilität
Beschreibung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Tauchankeraufnehmer beinhaltend wenigstens eine elektrische, mit Windungen versehene Spule sowie wenigstens einen mit dieser zusammenwirkenden Tauchanker, welcher abhängig von seiner Ein- tauchtiefe in eine Spulenöffnung der Spule eine unterschiedliche Induktivität der Spule hervorruft, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bekannte Tauchankeraufnehmer werden beispielsweise in elektronischen Pedalmoduln von Kraftfahrzeugen verwendet und dienen zum Messen der Pedalbewegung eines Pedals, insbesondere eines Brems- bzw. Gaspedals. Je nach Eintauchtiefe des Tauchankers in die Spulenöffnung bzw. dem Überdeckungsgrad zwischen der Spule und dem Tauchanker ändert sich der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises und damit der Eigeninduktivität der Spule. Das lineare Verhalten des Tauchankeraufnehmers wird dann durch die im wesentlichen lineare Abhängigkeit des Überdeckungsgrades, welcher sich zwi- sehen dem Tauchanker und der Spule ergibt, erreicht.
Dabei wird der Tauchanker meistens aus Aluminium gefertigt. Dies bringt gegenüber einem Tauchanker aus ferromagnetischen Material Vorteile hinsichtlich des Gewichts, weshalb auch das dynamische Verhalten bei einer externen Schwingungsanregung besser ist. Außerdem ist Aluminium leicht bearbeitbar und korrosionsbeständig.
Für die verschiedenen Anwendungen wie beispielsweise in einem Pedalmodul eines Nutzfahrzeugs werden leichte, kompakte und eine hohe Messempfindlichkeit aufweisende Tauchankeraufnehmer bevorzugt. Der vorliegenden Erfin- dung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Tauchankeraufnehmer zu schaffen, der alle diese Eigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass gemäß einer ersten Alternative der Tauchanker in einem radial äußeren Abschnitt wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall und in einem radial inneren Abschnitt wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Material besteht.
Gemäß einer zweiten Alternative ist an einer radial inneren Umfangsfläche der Spule mittelbar oder unmittelbar ein zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall bestehender Ring angeordnet und der Tauchanker besteht wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Material.
Folglich schirmt der äußere, aus dem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall bestehende Abschnitt des Tauchankers oder der der Spule zugeordnete äußere Ring den radial inneren Abschnitt des Tauchankers oder den Tauchanker von den magnetischen Feldlinien des Magnetfelds der Spule ab. Wenn nun der aus dem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall bestehende äußere Abschnitt des Tauchankers oder der Ring in ein magnetisches Wechselfeld eingebracht wird, entstehen in dem Abschnitt oder Ring Wirbelströme, welche ein dem von der Spule erzeugten Magnetfeld entgegen gerichtetes Magnetfeld erzeugen und das Magnetfeld der Spule dadurch abschwächen. Indem nun erfindungsgemäß der radial innere Abschnitt des Tauchankers oder der Tauchanker wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist, wird das durch die Wirbelströme im äußeren Abschnitt des Tauchankers oder im Ring erzeugte Gegenmagnetfeld verstärkt. Durch dieses dann durch das radial innere ferromagnetische Material verstärkte Gegenmagnetfeld wird das Magnetfeld der Spule stärker geschwächt als beim Stand der Technik, welcher einen Tauchanker ausschließlich aus Aluminium (Nichteisenmetall) verwendet. Dieser Effekt führt dazu, dass der erfindungsgemäße Tauchankeraufnehmer gegenüber Relativbewegungen zwischen dem Tauchanker und der Spule in vorteilhafter Weise empfindlicher reagiert. Diese höhere Empfindlichkeit erlaubt eine kürzere Baugröße des Tauchankeraufnehmers, weil bereits geringe Relativbewegungen zwischen der Spule und dem Tauchanker eine hohe Signalauflösung liefern.
Weil nur ein Teil des Tauchankeraufnehmers aus einem schwereren ferromag- netischen Material, der andere aber weiterhin aus einem leichteren Nichteisenmetall wie beispielsweise Aluminium besteht, baut der erfindungsgemäße Tauchankeraufnehmer weiterhin relativ leicht.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindung möglich.
Besonders bevorzugt ist das Nichteisenmetall paramagnetisch oder diamagnetisch, bei gleichzeitig hoher elektrischer Leitfähigkeit, um möglichst hohe Wirbelströme und damit ein möglichst großes magnetisches Gegenfeld zu erzeugen, das dem Magnetfeld der Spule entgegen wirkt. Bevorzugt wird das Nichteisenmetall durch Aluminium oder durch eine Aluminiumlegierung gebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der ersten Alternative der Erfindung bildet der radial innere, wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Material bestehende Abschnitt des Tauchankers einen einstückigen Kern des Tauchankers aus. Dieser Kern kann zumindest teilweise in dem radial äußeren Abschnitt des Tauchankers, welcher aus dem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall besteht, eingebettet sein. Weiterhin erstreckt sich der Kern bevorzugt nur über einen Teil der Länge des Tauchankers. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass der radial äußere Abschnitt des Tauchankers sine zentrale Sacklochbohrung aufweist, in welche der Kern eingesetzt ist. Dabei kann der Kern mit einer Stirnfläche des Tauchankers bündig abschließen. Gemäß einer Weiterbildung der zweiten Alternative der Erfindung bildet der aus dem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall bestehende Ring wenigstens einen Teil des Spulenkörpers der Spule, beispielsweise dadurch, dass der Ring in den Spulenkörper wenigstens teilweise eingebettet ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass der Spulenkörper ein Spritzgussformling aus Kunststoff ist, in welchen der Ring eingegossen wird.
Alternativ kann der aus dem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall bestehende Ring nicht in den Spulenkörper der Spule integriert oder direkt mit dem Spulenkörper verbunden, sondern lediglich an dessen radial innerer Umfangsfläche angeordnet sein.
Besonders bevorzugt besteht der Tauchanker vollständig aus dem ferromagne- tischen Material. Eine verbesserte magnetische Abschirmung des Tauchankers vom Magnetfeld der Spule ergibt sich, wenn der Ring die Spulenwicklung seitlich um ein Stück überragt. Der in radialer Richtung gesehen dem Tauchanker und dem Ring zwischen geordnete Ringspalt beinhaltet bevorzugt Luft.
Genaueres geht aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor.
Zeichnungen
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig.1 eine schematische Querschnittsansicht eines Tauchankeraufnehmers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig.2 eine schematische Querschnittsansicht eines Tauchankeraufnehmers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine Anwendung eines Tauchankeraufnehmers 1 gemäß der Erfindung besteht beispielsweise darin, bei einem elektronischen Pedalmodul eines Fahrzeugs den Pedalweg beispielsweise eines elektronischen Brems- bzw. Gaspedals zu messen. Dazu wird beispielsweise eine Spule 2 des Tauchankeraufnehmers 1 mit dem Lagerbock und ein Tauchanker 4 des Tauchankeraufnehmers 1 mit dem Brems- bzw. Gaspedal verbunden. Der vom Tauchankeraufnehmer 1 gemessene Weg des Tauchankers 4 stellt dann ein Maß für die Betätigung des Brems- bzw. Gaspedals dar.
In Fig.1 ist zur beispielhaften Erläuterung der Erfindung ein Tauchankeraufnehmer 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Tauchankeraufnehmer 1 dient zur Wandelung einer mechanischen Linearbewegung in ein elektrisches Signal, welches proportional zur Linearbewegung ist, im Rahmen eines berührungslosen induktiven Messverfahrens.
Hierzu beinhaltet der Tauchankeraufnehmer 1 wenigstens eine mit elektrisch leitfähigen Windungen versehene, bevorzugt hohlzylindrische Spule 2 sowie den in eine Spulenöffnung 6 der Spule 2 eintauchenden, mit dem Brems- bzw. Gaspedal linear bewegten Tauchanker 4. Abhängig von seinem Eintauch- bzw. Überdeckungsgrad in Bezug zum Magnetfeld der Spule 2 wird dann eine unterschiedliche Induktivität L der Spule 2 hervorgerufen.
Im folgenden seien die für das Messprinzip dienenden physikalischen Grundlagen beschrieben. Allgemein erzeugt ein Strom I in einer Zylinderspule 2 ein magnetisches Feld mit einer Feldstärke H:
H = I - J (1 )
wobei n die Windungszahl und I die Spulenlänge ist. Die Feldstärke H erzeugt eine Kraftflussdichte B
B = μr - μ0 - H (2) wobei μo die Permeabilität und μr die Permeabilitätszahl ist, wobei für letztere gilt : μr <1 für diamagnetische Materialien,
μr >1 für paramagnetische Materialien, und
μr »1 für ferromagnetische Materialien.
Eine Änderung der Kraftflussdichte B induziert in der Spule 2 eine Spannung
UM = n - B - A (3)
Aus den Gleichungen (1 ) bis (3) ergibt sich dann für die induzierte Spannung
UM = n - A . μ, - μ0 -l • / (4)
Für die Induktivität L der Spule 2 ergibt sich dann:
L = n2 - μr - μo -γ (5)
Die Spule 2 und der Tauchanker 4 sind in Bezug zu einer gemeinsamen Spulenachse 8 koaxial angeordnet. Die beispielsweise zylindrische Spule 2 besitzt vorzugsweise einen eigenen Spulenkörper 10, auf welchen eine Spulenwicklung 12 aus elektrisch leitfähigem Draht, beispielsweise aus Kupferdraht aufgewickelt ist sowie elektrische Anschlüsse. Der Tauchanker 4 ist ebenfalls zylindrisch und insbesondere derart ausgebildet, dass die Induktivität L der Spule 2 eine lineare Abhängigkeit von der Eintauchtiefe des Tauchankers 4 in die zylindrische Spulenöffnung 6 aufweist.
Gemäß der Ausführungsform von Fig.1 besteht der Tauchanker 4 in einem radial äußeren Abschnitt 14 wenigstens teilweise aus einem Nichteisenmetall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und in einem radial inneren Abschnitt 16 wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Material. Zu den Nichteisenmetallen zählen beispielsweise Aluminium, Kupfer, Gold, Silber etc. Sie zeichnen sich allgemein durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit aus. Insbesondere ist die elektrische Leitfähigkeit des Nichteisenmetalls des äußeren Abschnitts 14 des Tauchankers 4 größer als die des ferromagneti- schen Materials des radial inneren Abschnitts 16 des Tauchankers 4.
Unter einem ferromagnetischen Material wird allgemein ein magnetisch leitfähiges oder weich-magnetisches Material verstanden, welches eine Permeabilitätszahl μ » 1 und eine magnetische Suszeptibilität χ > 0 aufweist. Zu den ferromagnetischen Materialien zählen beispielsweise Eisen, Kobalt oder Nickel. Sie stärken das sie durchdringende magnetische Feld erheblich, indem sie den magnetischen Widerstand verringern.
Besonders bevorzugt ist das Nichteisenmetall im radial äußeren Abschnitt 14 des Tauchankers 4 paramagnetisch oder diamagnetisch, bei gleichzeitig hoher elektrischer Leitfähigkeit, um möglichst hohe Wirbelströme und damit ein möglichst großes magnetisches Gegenfeld zu erzeugen, das dem Magnetfeld der Spule 2 entgegen wirkt.
Unter einem paramagnetischen Material wird ein Material verstanden, das eine Permeabilitätszahl μ > 1 und eine magnetische Suszeptibilität χ > 0 aufweist. Zu einem solchen paramagnetischen Material zählen beispielsweise Platin oder Aluminium.
Unter einem diamagnetischen Material wird ein Material verstanden, das eine Permeabilitätszahl μ < 1 und eine magnetische Suszeptibilität χ < 0 aufweist. Zu einem solchen diamagnetischen Material zählen beispielsweise Kupfer oder Silber.
Bevorzugt wird das Nichteisenmetall durch Aluminium oder durch eine Aluminiumlegierung gebildet oder enthält diese Materialien.
Bevorzugt bildet der radial innere, beispielsweise vollständig aus dem ferromagnetischen Material bestehende Abschnitt 16 des Tauchankers 4 einen einstückigen Kern des Tauchankers 4 aus. Dieser Kern 16 ist zumindest teilweise in dem radial äußeren Abschnitt 14 des Tauchankers 4, welcher vorzugsweise vollständig aus dem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall besteht, eingebettet. Weiterhin erstreckt sich der Kern 16 bevorzugt nur über einen Teil der Länge des Tauchankers 4. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass der radial äußere Abschnitt 14 des Tauchankers 4 eine zentrale Sacklochbohrung aufweist, in welche der Kern 16 eingesetzt oder eingebettet ist. Dabei ist die Stirnfläche 18 des Kerns 16 beispielsweise frei und schließt mit einer Stirnfläche des Tauchankers 4 bündig ab. Der Kern 16, wie auch der radial äußere Abschnitt 14 des Tauchankers 4 weisen eine größere Länge auf als die Spule 2.
Gemäß der Ausführungsform von Fig.2, in welcher gleiche oder gleich wirkenden Bauelemente die gleichen Bezugszahlen wie in Fig.1 aufweisen, bildet ein vorzugsweise vollständig aus einem Nichteisenmetall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit bestehender Ring 20 wenigstens einen Teil des Spulenkörpers 10 der Spule 2. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass der Spulenkörper 10 ein Spritzgussformling aus Kunststoff ist, in welchen der Ring 20 eingegossen wird. Gemäß einer weiteren Variante ist der aus dem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall bestehende Ring 20 weder in den Spulenkörper 10 der Spule 2 integriert noch direkt mit dem Spulenkörper 10 verbunden, sondern lediglich an dessen radial innerer Umfangsfläche angeordnet.
Besonders bevorzugt besteht der Tauchanker 4 vollständig aus einem ferro- magnetischen Material. Eine verbesserte magnetische Abschirmung des Tauchankers 4 vom Magnetfeld der Spule 2 ergibt sich, wenn der Ring 20 die Spulenwicklung 12 seitlich um ein Stück überragt. Der in radialer Richtung gesehen dem Tauchanker 4 und dem Ring 20 zwischengeordnete Ringspalt 22 beinhaltet bevorzugt Luft. Der Tauchanker 4 weist eine größere Länge auf als der Ring 20 oder die Spule 2. Vor diesem Hintergrund ist die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Tauchankeraufnehmers 1 wie folgt :
Durch eine zu sensierende lineare Bewegung des Tauchankers 4 in Bezug zur Spule 2 verändert sich dessen Eindringtiefe in deren Spulenöffnung 6. Diese Veränderung der Eindringtiefe oder der Überlagerungsfläche mit der Spulenöffnung 6 verändert die Eigeninduktivität L der Spule, was zur Signalgewinnung genutzt wird.
Die Erregung der Spule 2 kann beispielsweise durch einen Mikroprozessor erfolgen, welcher rechteckförmige, sinusförmige oder beliebige Impulse einer Wechselspannungsquelle in die Spule 2 einspeist. Aus der Dauer des Abklingens des Impulses auf einen unteren Grenzwert kann dann die Eigeninduktivität L der Spule 2 bestimmt werden. In diesem Fall wird die Linearbewegung des Tauchankers 4 relativ zur Spule 2 mittels einer Zeitmessung bestimmt.
Wenn nun gemäß Fig.1 der aus dem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall bestehende äußere Abschnitt 14 des Tauchankers 4 in das magnetische Wechselfeld der Spule 2 eingebracht wird bzw. wenn gemäß Fig.2 sich bereits ein Ring 20 aus dem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall im magnetischen Wechselfeld der Spule 2 befindet, entstehen in dem Nichteisenmetall 14, 20 Wirbelströme, welche ein dem von der Spule 2 erzeugten Magnetfeld entgegen gerichtetes Magnetfeld erzeugen und das Magnetfeld der Spule 2 dadurch schwächen. Indem nun gemäß Fig.1 der Kern 16 des Tauchankers 4 bzw. gemäß Fig.2 der gesamte Tauchanker 4 aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist, wird das durch die Wirbelströme im äußeren Abschnitt 14 des Tauchankers 4 bzw. im Ring 20 erzeugte Gegenmagnetfeld verstärkt. Durch das dann durch das radial innere ferromagnetische Material 16, 4 verstärkte Gegenmagnetfeld wird das Magnetfeld der Spule 2 stark geschwächt. Dies führt dazu, dass der Tauchankeraufnehmer 1 gegenüber Relativbewegungen zwischen dem Tauchanker 4 und der Spule 2 empfindlicher reagiert und somit eine hohe Auflösung aufweist. Bezugszeichenliste Tauchankeraufnehmer Spule Tauchanker Spulenöffnung Spulenachse Spulenkörper Spulenwicklung radial äußerer Abschnitt radial innerer Abschnitt Stirnfläche Ring Ringspalt

Claims

Patentansprüche
1. Tauchankeraufnehmer (1) beinhaltend wenigstens eine elektrische, mit Windungen versehene Spule (2) sowie wenigstens einen mit dieser zusammenwirkenden Tauchanker (4), welcher abhängig von seiner Eintauchtiefe in eine Spulenöffnung (6) der Spule (2) eine unterschiedliche Induktivität (L) der Spule (2) hervorruft, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Tauchanker (4) in einem radial äußeren Abschnitt (14) wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall und in einem radial inneren Abschnitt (16) wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Material besteht, oder dass b) an einer radial inneren Umfangsfläche der Spule (2) mittelbar oder unmittelbar ein zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall bestehender Ring (20) angeordnet ist und der Tauchanker (4) wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Material besteht.
2. Tauchankeraufnehmer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Nichteisenmetall paramagnetisch oder diamagnetisch ist.
3. Tauchankeraufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nichteisenmetall durch Aluminium oder durch eine Aluminiumlegierung gebildet wird.
4. Tauchankeraufnehmer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radial innere, wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Material bestehende Abschnitt (16) des Tauchankers (4) einen einstückigen Kern des Tauchankers (4) bildet.
5. Tauchankeraufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (16) zumindest teilweise in dem radial äußeren Abschnitt (14) des Tauchankers (4), welcher aus dem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall besteht, eingebettet ist.
6. Tauchankeraufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kern (16) nur über einen Teil der Länge des Tauchankers (4) erstreckt.
7. Tauchankeraufnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der radial äußere Abschnitt (14) des Tauchankers (4) eine zentrale Sacklochbohrung aufweist, in welche der Kern (16) eingesetzt ist.
8. Tauchankeraufnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (16) mit einer Stirnfläche des Tauchankers (4) bündig abschließt.
9. Tauchankeraufnehmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (16) und der radial äußere Abschnitt (14) des Tauchankers (4) eine größere Länge aufweisen als die Spule (2).
10. Tauchankeraufnehmer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall bestehende Ring (20) wenigstens einen Teil eines Spulenkörpers (10) der Spule (20) bildet.
11. Tauchankeraufnehmer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem elektrisch leitfähigen Nichteisenmetall bestehende Ring (20) an einer radial inneren Umfangsfläche des Spulenkörpers (10) der Spule (2) angeordnet ist.
12. Tauchankeraufnehmer nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchanker (4) vollständig aus dem ferro- magnetischen Material besteht und eine größere Länge aufweist als die Spule (2) oder der Ring (20).
13. Tauchankeraufnehmer nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (20) die Spulenwicklung (12) seitlich um ein Stück überragt.
14. Tauchankeraufnehmer nach wenigstens einem der Anspruch 10 bis
13, dadurch gekennzeichnet, dass ein in radialer Richtung gesehen dem Tauchanker (4) und den Ring (20) zwischengeordneter Ringspalt (22) Luft beinhaltet.
PCT/EP2008/004526 2007-06-13 2008-06-06 Tauchankeraufnehmer aus metallen unterschiedlicher magnetischer permeabilität WO2008151762A2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/451,601 US20100102909A1 (en) 2007-06-13 2008-06-06 Solenoid plunger housing made of metals of different magnetic permeability

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007027149.4 2007-06-13
DE102007027149A DE102007027149B4 (de) 2007-06-13 2007-06-13 Tauchankeraufnehmer aus Metallen unterschiedlicher magnetischer Permeabilität

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2008151762A2 true WO2008151762A2 (de) 2008-12-18
WO2008151762A3 WO2008151762A3 (de) 2009-05-22

Family

ID=39986060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/004526 WO2008151762A2 (de) 2007-06-13 2008-06-06 Tauchankeraufnehmer aus metallen unterschiedlicher magnetischer permeabilität

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20100102909A1 (de)
DE (1) DE102007027149B4 (de)
WO (1) WO2008151762A2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2013100795B4 (en) * 2011-12-01 2013-08-22 E.M.I.P. Pty Ltd Method and Apparatus for Converting Between Electrical and Mechanical Energy
CN106482622A (zh) * 2015-08-27 2017-03-08 德克萨斯仪器股份有限公司 位置传感器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0170723A2 (de) * 1983-12-24 1986-02-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Messempfindlichkeitserhöhung von berührungsfrei arbeitenden Wegmesssensoren
EP1266614A1 (de) * 2001-06-15 2002-12-18 Biosense, Inc. Medizinische Vorrichtung mit einem Positionssensor
DE10303607A1 (de) * 2003-01-30 2004-08-19 Robert Bosch Gmbh Wirbelstromhubsensor

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1817592A (en) * 1931-08-04 sokoloff
US2065023A (en) * 1935-04-23 1936-12-22 Rao Pappu Subba Electric flame producing device
US2829319A (en) * 1956-02-13 1958-04-01 Jack R Mccleskey Electromagnetic device
US3102964A (en) * 1961-04-13 1963-09-03 Black & Decker Mfg Co High-efficiency permanent magnet motor
US3633139A (en) * 1970-04-20 1972-01-04 Lisk Co G W Solenoid construction
US4137513A (en) * 1977-10-27 1979-01-30 Ncr Corporation Matrix print wire solenoid
US4243899A (en) * 1979-03-08 1981-01-06 The Singer Company Linear motor with ring magnet and non-magnetizable end caps
US4403765A (en) * 1979-11-23 1983-09-13 John F. Taplin Magnetic flux-shifting fluid valve
DE3239345A1 (de) * 1982-10-23 1984-04-26 bso Steuerungstechnik GmbH, 6603 Sulzbach Betaetigungsmagnet
US4604600A (en) * 1983-12-23 1986-08-05 G. W. Lisk Company, Inc. Solenoid construction and method for making the same
FR2705510B1 (fr) * 1993-05-19 1995-07-13 Moving Magnet Tech Actionneur électromagnétique monophasé à faible course présentant un bon rapport force sur puissance électrique.
DE4412621A1 (de) * 1994-04-13 1995-10-19 Bosch Gmbh Robert Elektromagnet, insbesondere Proportionalmagnet
DE4423122C2 (de) * 1994-07-01 2001-03-08 Hydraulik Ring Gmbh Pulsweitenmoduliert angesteuerter Proportionalmagnet
US5652558A (en) * 1996-04-10 1997-07-29 The Narda Microwave Corporation Double pole double throw RF switch
JPH10239002A (ja) * 1997-02-24 1998-09-11 Zexel Corp 直線変位センサのコア構造およびその製造方法
DE60141315D1 (de) * 2000-09-18 2010-04-01 Isuzu Motors Ltd Wirbelstrombremse mit einem Magnet bestehend aus einem Elektromagnet und einem Dauermagnet
UA57881C2 (uk) * 2001-12-29 2003-07-15 Микола Сергійович Бабич Спосіб керування магнітним потоком електромагніта і електромагніт(варіанти), що реалізує спосіб.
US6634685B2 (en) * 2002-01-04 2003-10-21 Trine Access Technology, Inc. Electronically-operable door strike with guard clip, springless solenoid and face plate
US7221248B2 (en) * 2003-05-15 2007-05-22 Grand Haven Stamped Products Solenoid with noise reduction
US20050061302A1 (en) * 2003-06-20 2005-03-24 Corey Tatsu Purge valve including a permanent magnet linear actuator
DE202006019698U1 (de) * 2006-12-28 2007-03-08 Schlötzer, Eugen Vorrichtung zum Messen von Positionsveränderungen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0170723A2 (de) * 1983-12-24 1986-02-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Messempfindlichkeitserhöhung von berührungsfrei arbeitenden Wegmesssensoren
EP1266614A1 (de) * 2001-06-15 2002-12-18 Biosense, Inc. Medizinische Vorrichtung mit einem Positionssensor
DE10303607A1 (de) * 2003-01-30 2004-08-19 Robert Bosch Gmbh Wirbelstromhubsensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2013100795B4 (en) * 2011-12-01 2013-08-22 E.M.I.P. Pty Ltd Method and Apparatus for Converting Between Electrical and Mechanical Energy
CN106482622A (zh) * 2015-08-27 2017-03-08 德克萨斯仪器股份有限公司 位置传感器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008151762A3 (de) 2009-05-22
DE102007027149A1 (de) 2008-12-18
US20100102909A1 (en) 2010-04-29
DE102007027149B4 (de) 2011-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2564164B1 (de) Magnetisches längenmesssystem, längenmessverfahren sowie herstellungsverfahren eines magnetischen längenmesssystems
EP0979988B1 (de) Verfahren zur Erfassung linearer Relativbewegungen zwischen Dauermagneten und Sensoren
DE102007036200A1 (de) Induktiver Weg- oder Drehwinkelsensor mit zwischen zwei Spulen angeordnetem Abschirmblech
DE102007003830B4 (de) Vorrichtung zur Messung eines durch einen elektrischen Leiter fließenden elektrischen Stroms
DE102008035740A1 (de) Magnetisch induktiver Durchflussmesser mit einer kombinierte magnetische Flussleitmittel umfassenden Elektromagenteinheit
EP0814321B1 (de) Induktiver Wegsensor
EP1150416B1 (de) Elektrodynamischer Lineardirektantrieb
DE102009028815A1 (de) Magnetfeldsensor und Verfahren zur Herstellung eines Magnetfeldsensors
DE102013200698A1 (de) Spulenanordnung mit zwei Spulen
DE102008035724A1 (de) Magnetisch induktiver Durchflussmesser mit einer magnetische Flussleitmittel aus einem Materialverbund umfassenden Elektromagneteinheit
DE102006057917A1 (de) Induktive Sensoreinrichtung mit konischem Spulenkern
DE102007027149B4 (de) Tauchankeraufnehmer aus Metallen unterschiedlicher magnetischer Permeabilität
DE102011013270A1 (de) Vorrichtung zur Detektion eines magnetisch leitfähigen Objektes sowie Stellungsmesssystem zur Positionsmessung eines Führstabes und zugehöriges Positionsmessverfahren
DE4238862A1 (en) Magnetic temperature sensor - contains film of specified composition on expanding body varying in permeability and influencing flux in coil
DE102012005344B4 (de) Berührungsloser weggeber nach dem plcd-prinzip
DE102015122812A1 (de) Aufmagnetisieranordnung, Magnetisiervorrichtung und Verfahren zur Aufmagnetisierung eines eingebauten Werkstücks aus hartmagnetischem Material
EP2028451B1 (de) Induktive Sensoreinrichtung mit stufenförmigem Spulenkern
EP0676619B1 (de) Tastelement für die Steuerung von Elektromotoren
DE4210689C2 (de) Meßsonde zur Schichtdickenmessung
EP1048932A1 (de) Magnetischer Positionssensor, seine Verwendung und seine Herstellung
EP2051045A2 (de) Differenzialtauchankeraufnehmer aus Metallen unterschiedlicher magnetischer Permeabilität
DE102008035739A1 (de) Magnetisch induktiver Durchflussmesser mit einer gleichartige magnetische Flussleitmittel umfassenden Elektromagneteinheit
DE102007024866A1 (de) Induktiver Magnetsensor mit Streuscheibe
DE4418292A1 (de) Induktiver Bewegungssensor
DE10064507B4 (de) Magnetfeldempfindlicher Näherungssensor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08759069

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08759069

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2